第三章 钢结构的连接2螺栓连接.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,3,章 钢 结 构 的 连 接,钢结构是由钢构件经连接而成的结构,因此连接在钢结构总占有很重要的位置,它直接关系钢结构的安全和经济,。,在受力过程中，连接应有足够的强度，被连接构件之间应保持正确的相互位置。,螺栓的排列和构造要求,B,错列,A,并列,中距,中距,边距,边距,端距,构造要求：,施工要求：,螺距过小,螺距过大,螺距过大,螺距过小,螺距间距布置要求,受力要求,连接不紧密，潮气侵入腐蚀,施工时转动扳手困难,受压时钢板张开,钢板剪坏,据以上要求，规范给定了螺栓的容许间距,3.5,螺栓连接的构造,螺栓最大和最小容许间距,3.6 C,级普通螺栓连接的工作性能和计算,一、,C,级普通螺栓连接的工作性能,2.C,级普通螺栓连接的传力方式,1.,普通螺栓的分类及性能,二、螺栓群的计算,1),抗拉连接；,2),静力荷载下抗剪连接；,3),加防松措施后受风振作用抗剪,4),可拆卸连接；,5),安装螺栓；,6),与抗剪支托配合抗拉剪联合作用,低,较低,较低,类孔,粗制,(C,级,),1),构件精度很高的结构，机械结构；,2),连接点仅用一个螺栓或有模具套钻的多个螺栓连接的可调节杆件（柔性杆）,高,高,高,I,类孔,精制,(A,、,B),级,使用范围,成本,抗剪,性能,加工精度,类别,注：,A,级用于,M24,以下，,B,级用于,M24,以上。,1.,普通螺栓的分类及性能,A,只受剪力,B,只受拉力,C,剪力和拉力共同作用,抗剪螺栓连接,F,N,抗拉螺栓连接,同时抗拉抗剪,螺栓连接,2.C,级普通螺栓连接的传力方式,N,F,工作性能,(1),摩擦传力的弹性阶段,(0,1,段,),直线段,连接处于弹性状态；,该阶段较短,摩擦力较小。,(2),滑移阶段,(1,2,段,),水平段,最大滑移量为栓孔和栓杆间的距离,(3),栓杆传力的弹性阶段,(2,3,段,),栓杆与孔壁的接触传力,N-,关系以曲线状态上升,(4),弹塑性阶段,(3,4,段,),剪切变形迅速增大，直到连接破坏,4,点（曲线的最高点）即为,Nu,N,O,1,2,3,4,N,N,a,b,N,N/2,N/2,抗剪螺栓连接,N,u,a,、,b,两点相对位移,(1),螺栓杆被剪坏,栓杆较细而板件较厚时,(2),孔壁的挤压破坏,栓杆较粗而板件较薄时,(3),板件被拉断,截面削弱过多时,以上破坏形式予以计算解决。,N/2,N,N/2,N,N,N,N,破坏形式,抗剪螺栓连接,（,4,）,板件端部被剪坏,(,拉豁,),端矩过小时；端矩不应小于,2d,O,N,N,（,5,）,栓杆弯曲破坏,（,螺栓杆过长；栓杆长度不应大于,5d,）,这两种破坏构造解决,N/2,N,N/2,破坏形式,抗剪螺栓连接,抗剪螺栓的承载力取决于,螺栓杆受剪,和,孔壁承压,两种情况，故,单栓,抗剪承载力由以下两式决定,:,n,v,剪切面数目,；,d,螺栓杆直径；,f,v,b,、,f,c,b,螺栓抗剪和承压强度设计值；,t,同一受力方向,承压构件总厚度,的较小值。,单栓抗剪承载力：,抗剪承载力：,承压承载力：,d,连接计算,抗剪螺栓连接,单个普通螺栓的抗拉承载力设计值,破坏形式：栓杆被拉断,式中：,A,e,-,螺栓的,有效截面面积（附表,8-1,）,；,d,e,-,螺栓的,有效直径,；,f,t,b,-,螺栓的抗拉强度设计值。,抗拉螺栓连接,工作性能和承载力,产生撬力的原因,角钢抗弯刚度不足，水平肢有较大变形,对螺栓受力影响,使螺栓拉力增大,减小撬力的措施,增强角钢抗弯刚度，加大厚度或增设加劲肋,螺栓拉力：,P,f,=N/,2,+V,刚度越小，撬力越大,N,N,撬力,加劲肋,拉力螺栓撬力的概念,1.,螺栓群轴心力作用下抗剪计算,N/2,N,l,1,N/2,平均值,螺栓的内力分布,试验证明,栓群在轴力作用下各个螺栓的内力沿栓群长度方向不均匀，两端大,中间小。,当,l,1,15d,0,(d,0,为孔径,),时，连接进入弹塑性工作状态后，内力重新分布，各个螺栓内力趋于相同，故设计时假定,N,有各螺栓均担。,所以，连接所需螺栓数为：,二、,螺栓群的计算,当,l,1,15d,0,(d,0,为孔径,),时，端部螺栓首先破坏,然后依次破坏。由试验可得连接的,抗剪强度折减系数,与,l,1,/d,0,的关系曲线。,1.0,0.75,0.5,0.25,0,10 20 30 40 50 60 70 80,l,1,/d,0,平均值,长连接螺栓的内力分布,故，连接所需栓数：,1.,螺栓群轴心力作用下抗剪计算,试验曲线,8.8,级,M22,我国规范,N,N,b,t,t,1,b,1,螺栓群在轴心力作用下，为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算。,拼接板的危险截面为,2-2,截面,:,A,、螺栓采用并列排列时,:,主板的危险截面为,1-1,截面,:,1,1,2,2,1.,螺栓群轴心力作用下抗剪计算,N,N,t,t,1,b,c,2,c,3c,4,c,1,B,、螺栓采用错列排列时,:,主板的危险截面为,1-1,和,1-1,截面,:,1,1,1,1,2,2,2,2,拼接板的危险截面为,2-2,和,2,-,2,截面,:,受扭矩,T,螺栓受力分析假定,（,1,）板件为刚体，螺栓为弹性体,（,2,）各螺栓绕螺栓群形心旋转,（,3,）产生的剪力与形心距离正比,力矩平衡：,(a),各螺栓剪力与,r,正比：,各剪力都用,N,1,表示：,(b),(b),代入,(a),得：,验算剪力最大的螺栓：,2.,螺栓群在扭矩作用时的,抗剪,计算,剪力,V,轴力,N,扭矩,T,剪力,V,轴力,N,扭矩,T,螺栓所受的最大合剪力,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,3.,螺栓群在扭矩、剪力和轴向力共同作用下的抗剪计算,一般假定每个螺栓均匀受力，因此，连接所需的螺栓数为：,N,4.,螺栓群在轴力作用下的抗拉计算,M,刨平顶紧,承托,(,板,),M,1 2 3 4,受压区,y,1,y,2,y,3,N,1,N,2,N,3,N,4,中性轴,M,作用下螺栓连接按弹性设计，其假定为：,（,1,）连接板件绝对刚性，螺栓为弹性；,（,2,）螺栓群的中和轴位于最下排螺栓的形心处，各,螺栓所受拉力与其至中和轴的距离呈正比。,5.,螺栓群在弯矩作用下的抗拉计算,1,号螺栓在,M,作用下所受拉力最大,M,刨平顶紧,承托,(,板,),M,1 2 3 4,受压区,y,1,y,2,y,3,N,1,N,2,N,3,N,4,中和轴,6.,螺栓群同时受剪力和拉力的计算,支托仅起安装作用：,螺栓群受力为,M,=,Ve,和剪力,V,，则,螺栓不发生拉剪破坏：,板不发生承压破坏：,支托承受剪力：,螺栓群只承受弯矩,M,=,Ve,作用，则,支托和柱翼缘的角焊缝验算：,为考虑剪力,V,偏心对角焊缝的影响，取,1.251.35,3.7,高强螺栓连接的工作性能和计算,一、高强螺栓的抗剪工作性能,二、高强螺栓连接的抗剪计算,三、高强螺栓连接的抗拉计算,强度等级,采用钢材,8.8,级,35,号钢，,45,号钢，,40B,钢,10.9,级,20MnTiB,钢，,30VB,钢,受力特征,承载力极限状态,安装孔孔径,d,0,(mm),应用特点,摩擦型,外力达到最大摩擦力,d,0,=d+1.52.0,剪切变形小，耐疲劳，动载下不易松动,承压型,螺栓剪坏,承压破坏,d,0,=d+1.01.5,承载力比摩擦型大，剪切变形大，,一般不用于直接动载情况,1.,按材质分类,2.,按受力状况分类,一、高强螺栓的抗剪工作性能,3.,高强度螺栓预拉力的建立方法,A,、转角法,施工方法：,初拧,用,普通扳手,拧至不动，使板件贴紧密；,终拧,初拧基础上用,长扳手或电动扳手,再拧过一定的 角度，一般为,120,o,180,o,完成终拧。,特点：,预拉力的建立简单有效，但要防止欠拧、漏拧和超拧；,螺帽的紧固方法：,通过拧紧螺帽的方法,B,、扭矩法,施工方法：,初拧,用,力矩扳手,拧至终拧力矩的,30%50%,，,使板件贴紧；,终拧,初拧基础上，按,100%,设计终拧力矩拧紧。,特点：,简单、易实施，但得到的预拉力误差较大。,C,、扭断螺栓杆尾部法（扭剪型高强度螺栓）,施工方法：,初拧,拧至终拧力矩的,60%80%,；,终拧,初拧基础上，,以扭断螺栓杆尾部为准。,特点：,施工简单、技术要求低易实施、质量易保证等,4.,高强螺栓的预拉力计算,f,u,高强螺栓的抗拉强度；,A,e,螺栓有效面积；,0.9,考虑材料不均匀性的折减系数；,0.9,为防止施工时超张拉导致螺杆破坏的折减系数；,1.2考虑拧紧螺帽时，螺栓杆上产生的剪力对抗拉强度,的降低,表,3.6,5,、高强螺栓连接摩擦面抗滑移系数,对于承压型连接，只要求清除油污及浮锈；对于摩擦型连接，要求见表,3-7,：,6,、高强螺栓的排列,要求同普通螺栓，同样要考虑连接长度对承载力的不利影响。,二、高强度螺栓连接的抗剪计算,1.,高强螺栓摩擦型连接的抗剪承载力设计值,R,-,抗力分项系数,R,的倒数，一般取,0.9,，最小板厚,t6mm,的冷弯薄壁型钢结构取,0.8,n,f,传力摩擦面数目,同,n,v,-,摩擦面抗滑移系数，表,3-7;,P,预拉力设计值，表,3-6.,单栓抗剪承载力：,抗剪承载力,：,承压承载力,：,2,、高强螺栓承压型连接的抗剪承载力设计值,破坏状态同普通螺栓，极限承载力由杆身抗剪和孔壁承压决定，摩擦力只起延缓滑动作用，计算方法和普通螺栓相同。,1),轴心力作用,假定各螺栓受力均匀，故所需螺栓数：,对于摩擦型连接：,对于承压型连接：,N,N,3.,高强度螺栓群的抗剪计算,N,N,b,t,t,1,b,1,高强度螺栓群轴心力作用下,为了防止板件被拉断尚应进行板件的净截面验算,.,A,、高强度螺栓摩擦型连接,主板的危险截面为,1-1,截面。,1,1,考虑孔前传力,50%,得：,1-1,截面的内力为：,N,N,b,t,t,1,b,1,拼接板的危险截面为,2-2,截面。,2,2,考虑孔前传力,50%,得：,22,截面的内力为：,B,、高强度螺栓承压型连接的净截面验算与普通螺栓的净截面验算完全相同。,2),扭矩作用时，及扭矩、剪力和轴心力共同作用时,螺栓群受扭矩,T,、剪力,V,和轴心力,N,共同作用的高强度螺栓连接的抗剪计算与普通螺栓相同，只是用高强度螺栓的承载力设计值。,式中：,A,e,-,螺栓杆的有效截面面积；,d,e,-,螺栓杆的有效直径；,f,t,b,高强度螺栓的抗拉强度设计值。,上式的计算结果与,0.8P,相差不多。,三、高强螺栓连接的抗拉计算,承压型连接,摩擦型连接,保证连接件不被松驰,高强度螺栓群的抗拉计算,1,）轴心力作用,假定各螺栓均匀受力，故所需螺栓数：,N,2,）弯矩作用下中和轴与螺栓群形心轴重合，最外侧螺栓受力最大。,M,M,M,1 2 3 4,y,1,y,2,N,1,N,2,N,3,N,4,受压区,中性轴,由力学可得：,因此，设计时只要满足下式即可：,3,）同时承受剪力和拉力的高强度螺栓连接计算,高强度螺栓摩擦型连接,由于外拉力的作用，板件间的挤压力降低；,每个螺栓的抗剪承载力也随之减少；,抗滑移系数随板件间的挤压力的减小而降低。,高强度螺栓承压型连接,且,当剪切面在螺纹处时，取,本章小结,本章主要讲述了焊接和螺栓连接的特点、计算方法、构造要求。,应掌握各种连接的特点，可能的破坏方式，设计方法和构造要求。,了解残余应力和变形对结构的影响。,本章重点,角焊缝计算,普通螺栓破坏形式,高强螺栓计算,剪切面,数目,n,v,N,N,N,N/2,N/2,N/2,N/3,N/3,N/3,N/2,连接计算,抗剪螺栓连接,